特許 7616864 圧電素子及び当該圧電素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-08

(45)【発行日】2025-01-17

(54)【発明の名称】圧電素子及び当該圧電素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H10N 30/853 20230101AFI20250109BHJP

   H10N 30/87 20230101ALI20250109BHJP

   H10N 30/076 20230101ALI20250109BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20250109BHJP

   C23C 14/08 20060101ALI20250109BHJP

   B81C 1/00 20060101ALI20250109BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20250109BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

H10N30/853

H10N30/87

H10N30/076

H10N30/20

C23C14/08 K

B81C1/00

G02B26/08 E

G02B26/10 104Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020183527

(22)【出願日】2020-11-02

(65)【公開番号】P2022073501

(43)【公開日】2022-05-17

【審査請求日】2023-10-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】田中 春輝

【審査官】小山 満

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１９５３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１９６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９３７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９７５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５７７７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｎ ３０／８５３

Ｈ１０Ｎ ３０／８７

Ｈ１０Ｎ ３０／０７６

Ｈ１０Ｎ ３０／２０

Ｃ２３Ｃ １４／０８

Ｂ８１Ｃ １／００

Ｇ０２Ｂ ２６／０８

Ｇ０２Ｂ ２６／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの面が平面の基板と、
前記基板の前記平面上に設けられた第１の電極膜と、
前記第１の電極膜上に設けられた正方晶の圧電結晶体膜と、
前記圧電結晶体膜の前記第１の電極膜と対向する面上に設けられた第２の電極膜と、を備え、
前記圧電結晶体膜は、前記第１の電極膜に垂直な方向に前記正方晶のｃ軸を配向した柱状の結晶粒からなる一軸配向の多結晶体であり、
前記多結晶体は、前記第１の電極膜に対して垂直な方向にｃ軸を有する垂直配向部と、
前記垂直配向部のｃ軸に対して傾斜したｃ軸を有する傾斜配向部と、を含み、
前記垂直配向部のｃ軸と前記傾斜配向部のｃ軸のそれぞれは分布を有し、前記垂直配向部のｃ軸分布に対して、前記傾斜配向部のｃ軸分布が離散しており、
前記傾斜配向部のｃ軸の傾斜角φは６°より大きく１９°未満であり、
前記垂直配向部に対する前記傾斜配向部のＸ線ロッキングカーブにおける強度比Ｒｐは０．１～１であることを特徴とする圧電素子。

【請求項2】

前記傾斜配向部のｃ軸は、前記垂直配向部のｃ軸を回転軸として０°～３６０°の全周方向に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。

【請求項3】

前記圧電結晶体膜の前記垂直配向部のｃ軸に対する前記傾斜配向部のｃ軸の傾斜角φは、６°より大きく１９°未満であることを特徴とする請求項１～２の何れか１項に記載の圧電素子。

【請求項4】

前記垂直配向部に対する前記傾斜配向部のＸ線ロッキングカーブにおける強度比Ｒｐが０．１～１であることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の圧電素子。

【請求項5】

前記圧電結晶体膜は、チタン酸ジルコン酸鉛であり、前記第１の電極膜がプラチナであることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の圧電素子。

【請求項6】

前記第１の電極膜の膜面が（１１１）面であることを特徴とする請求項４に記載の圧電素子。

【請求項7】

少なくとも１つの面が平面の基板の上にアモルファス状の金属酸化物を成膜する工程と、
前記金属酸化物上に成膜面が（１１１）面となる導電性の金属膜からなる第１の電極膜を成膜する工程と、
前記第１の電極膜上にＳＲＯ膜を成膜する工程と、
前記ＳＲＯ膜上に前記第１の電極膜に対して垂直な方向に柱状の結晶粒を有する正方晶の１軸配向した多結晶体であって、
前記柱状の結晶粒に、前記第１の電極膜に対して垂直な方向にｃ軸を有する垂直配向部と、前記垂直配向部のｃ軸に対する傾斜角φが６°より大きく１９°未満の範囲で傾斜したｃ軸を有する傾斜配向部とを有する圧電結晶体膜を成膜する工程と、
前記圧電結晶体膜の前記第１の電極膜と対向する面上に設けられた第２の電極膜を成膜する工程と、を備え、
前記垂直配向部に対する前記傾斜配向部のＸ線ロッキングカーブにおける強度比Ｒｐは０．１～１であることを特徴とする圧電素子の製造方法。

【請求項8】

前記圧電結晶体膜を成膜する工程において、アーク放電反応性イオンプレーティング法を使用することを特徴とする請求項７に記載の圧電素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光偏向器等に用いられる圧電素子及び当該圧電素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等の微細構造を有するシステムで構成されたセンサ素子、アクチュエータ素子のニーズが大きくなっている。このため、シリコンウエハ上に直接、圧電結晶体膜を成膜する直接薄膜形成法の開発が進んでいる。

【0003】

特に、圧電材料としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の結晶体膜を用いるＭＥＭＳ用の圧電アクチュエータでは、高い圧電特性を得るため、配向制御が不可欠となっている。

【0004】

例えば、特許文献１の圧電アクチュエータは、支持体及び支持体上に形成された圧電体を有し、圧電駆動により屈曲変形を行う圧電カンチレバーを複数備えると共に、該複数の圧電カンチレバーの圧電体にそれぞれ駆動電圧を印加するための複数の電極を独立に備えている。複数の圧電カンチレバーは、各々の屈曲変形を累積するように端部が機械的に連結され、該駆動電圧の印加により各圧電カンチレバーが独立に屈曲変形される。

【0005】

前記圧電アクチュエータにおいては、圧電カンチレバーの先端部に発生するトルクと変位量は、圧電体の圧電特性とカンチレバーのサイズに依存する。すなわち、高い圧電特性を得るためには、圧電材料の結晶体膜の結晶配向制御を行うことが好ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００８－３５６００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、圧電アクチュエータ（圧電素子）に用いられる圧電材料であるＰＺＴ結晶体膜の結晶配向を制御して高い圧電特性を得ることは可能であったが、十分な耐久時間が得られないという課題があった。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子の圧電材料の結晶配向を制御しつつ耐久時間を向上させる圧電素子、及び当該圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１発明の圧電素子は、少なくとも１つの面が平面の基板と、前記基板の前記平面上に設けられた第１の電極膜と、前記第１の電極膜上に設けられた正方晶の圧電結晶体膜と、前記圧電結晶体膜の前記第１の電極膜と対向する面上に設けられた第２の電極膜と、を備え、前記圧電結晶体膜は、前記第１の電極膜に垂直な方向に前記正方晶のｃ軸を配向した柱状の結晶粒からなる一軸配向の多結晶体であり、前記多結晶体は、前記第１の電極膜に対して垂直な方向にｃ軸を有する垂直配向部と、前記垂直配向部のｃ軸に対して傾斜したｃ軸を有する傾斜配向部と、を含み、前記垂直配向部のｃ軸と前記傾斜配向部のｃ軸のそれぞれは分布を有し、前記垂直配向部のｃ軸分布に対して、前記傾斜配向部のｃ軸分布が離散していることを特徴とする。

【0010】

本発明の圧電素子は、第１の電極膜と、当該第１の電極膜上の正方晶の圧電結晶体膜と、当該圧電結晶体膜上の第２の電極膜とを備えている。ここで、「～上」とは、下面側の膜と直接接触していない場合が含まれる。正方晶とは、単位格子の軸長ａ，ｂ，ｃに、ａ＝ｂ≠ｃの関係がある結晶である。また、正方晶の＜１００＞方向がａ軸方向、＜０１０＞方向がｂ軸方向、＜００１＞方向がｃ軸方向であり、＜００１＞軸と直交する面が（００１）面及びｃ面である。

【0011】

本発明の圧電結晶体膜（柱状の結晶粒界）は、垂直配向部と、当該垂直配向部のｃ軸から傾斜して配向されたｃ軸を有する傾斜配向部とを含むが、電圧を印加したとき（電圧昇圧時）、その特性が損なわれることなく変位し、印加を中止したとき（電圧降圧時）、元の状態に戻る。また、本発明の傾斜配向部を含む圧電結晶体膜は、垂直配向部のみからなる圧電結晶体膜よりも耐電圧が高い。また、垂直配向部のｃ軸分布に対して、傾斜配向部のｃ軸分布は離散している。これにより、圧電素子としての性能を低下させることなく、また、高い耐電圧により長期信頼性の高い圧電素子とすることができる。

【0012】

第１発明の圧電素子において、前記傾斜配向部のｃ軸は、前記垂直配向部のｃ軸を回転軸として０°～３６０°の全周方向に傾斜していることが好ましい。

【0013】

垂直配向部のｃ軸は基板の平面に垂直な方向であるが、傾斜配向部のｃ軸は、垂直配向部のｃ軸を回転軸として全周方向（０°～３６０°）に傾斜している。このため、傾斜配向部のｃ軸は、垂直配向部のｃ軸に対して放射方向の任意の角度に延びるようになる。

【0014】

また、第１発明の圧電素子において、前記圧電結晶体膜の前記垂直配向部のｃ軸に対する前記傾斜配向部のｃ軸の傾斜角φは、６°より大きく１９°未満であることが好ましい。

【0015】

傾斜配向部のｃ軸の傾斜角φを６°より大きく１９°未満とすることで、当該傾斜配向部を含む圧電結晶体膜は、耐電界及び耐久時間が向上するとともに、圧電特性の低下を防止することができる。

【0016】

また、第１発明の圧電素子において、前記垂直配向部に対する前記傾斜配向部のＸ線ロッキングカーブにおける強度比Ｒｐが０．１～１であることが好ましい。

【0017】

当該強度比Ｒｐを０．１～１の範囲とすることで、傾斜配向部による効果を高めつつ、圧電結晶体膜の配向乱れが大きくなって圧電特性が低下するのを防止することができる。

【0018】

また、第１発明の圧電素子において、前記圧電結晶体膜は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）であり、前記第１の電極膜がプラチナ（Ｐｔ）であることが好ましい。

【0019】

本発明では、圧電結晶体膜、第１の電極膜に、それぞれ最適な材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、プラチナ（Ｐｔ）を用いる。特に、圧電結晶体膜として圧電特性が高いＰＺＴを用いて圧電素子を作成することで、例えば、当該圧電素子を光スキャナモジュールに適用したとき、低電圧で高速駆動し、大走査角を得ることができる。

【0020】

また、第１発明の圧電素子において、前記第１の電極膜の膜面が（１１１）面であることが好ましい。

【0021】

当該第１の電極膜の膜面を（１１１）面とすると、第１の電極膜の上面の圧電結晶体膜を成膜したとき、その結晶配向特性を向上させることができる。

【0022】

第２発明の圧電素子の製造方法は、少なくとも１つの面が平面の基板の上にアモルファス状の金属酸化物を成膜する工程と、前記金属酸化物上に成膜面が（１１１）面となる導電性の金属膜からなる第１の電極膜を成膜する工程と、前記第１の電極膜上にＳＲＯ膜を成膜する工程と、前記ＳＲＯ膜上に前記第１の電極膜に対して垂直な方向に柱状の結晶粒を有する正方晶の１軸配向した多結晶体であって、前記柱状の結晶粒に、前記第１の電極膜に対して垂直な方向にｃ軸を有する垂直配向部と、前記垂直配向部のｃ軸に対する傾斜角φが６°より大きく１９°未満の範囲で傾斜したｃ軸を有する傾斜配向部とを有する圧電結晶体膜を成膜する工程と、前記圧電結晶体膜の前記第１の電極膜と対向する面上に設けられた第２の電極膜を成膜する工程と、を備えていることを特徴とする。

【0023】

本発明の圧電素子の製造方法は、基板への金属酸化物を成膜、第１の電極膜の成膜、ＳＲＯ膜の成膜、圧電結晶体膜の成膜、第２の電極膜の成膜のそれぞれの工程を備えている。圧電結晶体膜は、垂直配向部と、当該垂直配向部のｃ軸から傾斜して配向されたｃ軸を有する傾斜配向部（ｃ軸の傾斜角φが６°より大きく１９°未満）を含んでいる。傾斜配向部は、電圧を印加したとき（電圧昇圧時）、その特性が損なわれることなく変位し、印加を中止したとき（電圧降圧時）、元の状態に戻る。この圧電結晶体膜は、垂直配向部のみからなる圧電結晶体膜より耐電圧が高いので、圧電素子の性能を低下させることなく、また、高い耐電圧により長期信頼性の高い圧電素子とすることができる。

【0024】

第２発明の圧電素子の製造方法において、前記圧電結晶体膜を成膜する工程において、アーク放電反応性イオンプレーティング法を使用することが好ましい。

【0025】

アーク放電反応性イオンプレーティング法を用いることで、高品質で密着性の高い圧電結晶体膜を効率良く成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の圧電素子を含む光スキャナモジュールの概略図。

【図2】光スキャナモジュールに含まれる二次元光偏向器の斜視図。

【図3A】二次元光偏向器のミアンダ型圧電アクチュエータの動作を説明する図（１）。

【図3B】二次元光偏向器のミアンダ型圧電アクチュエータの動作を説明する図（２）。

【図4】二次元光偏向器の詳細を説明する図。

【図5】本発明の圧電素子を製造するフローチャート。

【図6】本発明の圧電素子の断面構造を説明する図。

【図7】図６の圧電素子のＰＺＴ膜の結晶配向イメージを説明する図。

【図8】ＰＺＴ膜のＸ線回折θ－２θ測定の結果を説明する図。

【図9】ＰＺＴ膜のＸ線ロッキングカーブ測定の結果を説明する図。

【図10】ＰＺＴ膜の電界とリーク電流密度との関係を示すグラフ。

【図11】ＰＺＴ膜の耐電界、耐久時間及び圧電定数の測定結果を、比較形態と比較した一覧表。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下では、図面を参照しつつ、本発明の圧電素子、また、当該圧電素子の製造方法について説明する。

【0028】

図１は、本発明の圧電素子を含む、光スキャナモジュール１の概略図である。光スキャナモジュール１は、例えば、ピコプロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、車両用前照灯等に用いられる装置であり、主に二次元光偏向器２、レーザ光源３及び制御装置５で構成される。

【0029】

二次元光偏向器２は、半導体プロセスやＭＥＭＳ技術を利用して作製され、一定の方向から入射する光を回動ミラー（マイクロミラー９）で反射することで、光を走査しつつ出射する。

【0030】

二次元光偏向器２の可動枠２ａは、マイクロミラー９、半環型圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、トーションバー（弾性梁）１３ａ、１３ｂ等を有している。レーザ光源３から出射されたレーザ光４ａは回動するマイクロミラー９に入射して反射され、走査された出射光（レーザ光４ｂ）が、例えば、ピコプロジェクタの投影面を走査する。

【0031】

制御装置５は、図示しない配線により可動枠２ａ及びレーザ光源３に制御信号を送信する。この制御信号により可動枠２ａの半環型圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂが駆動され、これと結合したトーションバー１３ａ、１３ｂが捩れることで、マイクロミラー９を回動させる。また、この制御信号により、レーザ光源３によるレーザ光４ａのオン、オフや輝度が制御される。

【0032】

図２に示すように、二次元光偏向器２では、外枠支持体１１の中央に可動枠２ａが配設されている。また、可動枠２ａの両脇には、ミアンダ型圧電アクチュエータ６ａ、６ｂが配設され、可動枠２ａの外辺と外枠支持体１１の内辺とが結合されている。

【0033】

ミアンダ型圧電アクチュエータ６ａ、６ｂは、複数のカンチレバーを長手方向が隣り合う向きに並列させ、上下方向端部で折り返して直列結合した構造になっている。詳細は後述するが、ミアンダ型圧電アクチュエータ６ａ、６ｂも制御装置５の制御信号によって駆動させることにより、可動枠２ａが水平方向、すなわち、図中のＸ軸周りを往復回動する。

【0034】

また、上述したように、半環型圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂを駆動させることにより、マイクロミラー９がトーションバー１３ａ、１３ｂの軸と一致する、図中のＹ軸周りを往復回動する。

【0035】

この結果、二次元光偏向器２は、レーザ光４ａをマイクロミラー９で反射する際、光を二次元光偏向器２の前方に出射して、さらにＸ軸方向とＹ軸方向の２方向に走査することができる。

【0036】

ミアンダ型圧電アクチュエータ６ａ、６ｂ及び半環型圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂの点描画部分で示した部分は、圧電結晶体膜が形成された圧電素子の領域である。詳細は後述するが、当該圧電結晶体膜は、配向軸に沿って配向された垂直配向部と、当該配向軸に対して所定の傾斜角で配向された傾斜配向部とで構成される。これにより、上記圧電アクチュエータに形成された圧電素子は、圧電特性が高く、長期信頼性も高い圧電素子となっている。

【0037】

外枠支持体１１の下方には、電極パッド７ａ～７ｅ（以下、電極パッド７という）と、電極パッド８ａ～８ｅ（以下、電極パッド８という）が配設されている。電極パッド７、８は、ミアンダ型圧電アクチュエータ６ａ、６ｂ及び半環型圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂの各電極に駆動電圧を印加できるように電気的に接続されている。

【0038】

なお、ミアンダ型圧電アクチュエータ６ａ、６ｂはなくても光偏向器として機能する。この場合、可動枠２ａの部分が外枠支持体の役割を果たし、マイクロミラー９がＹ軸の回りを往復回動する一次元光偏向器となる。

【0039】

次に、図３Ａ、図３Ｂを参照して、ミアンダ型圧電アクチュエータ６ａを例に、その動作を説明する。

【0040】

上述したように、二次元光偏向器２は、ミアンダ型圧電アクチュエータ６ａ、６ｂ（以下、圧電アクチュエータ６ａ、６ｂという）を動作させることにより、マイクロミラー９のＸ軸周りの往復回動を可能としている。

【0041】

図３Ａは、図２の二次元光偏向器２を表側（上面視において、点描画部分で示した圧電結晶体膜が見える側を称す。また、「上方向」と称することもある。）から見たとき、左側に配設される圧電アクチュエータ６ａを切り出した図である。圧電アクチュエータ６ａは、圧電カンチレバーを４つ並べた形状である。また、各圧電カンチレバーは、主に、圧電結晶体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）の圧電結晶体膜とそれを挟む電極膜とで構成され、圧電素子を有している（詳細は後述する）。以下では、可動枠２ａから離れた方より順に、圧電カンチレバー６ａ（１）、６ａ（２）、６ａ（３）、６ａ（４）と呼ぶ。

【0042】

例えば、ミアンダ型圧電アクチュエータ６ａにおいて、奇数番目の圧電カンチレバー６ａ（１）、６ａ（３）に第１の電圧を印加する。また、偶数番目の圧電カンチレバー６ａ（２）、６ａ（４）に、第１の電圧とは逆位相の第２の電圧を印加する。

【0043】

このようにすることで、図３Ｂに示すように、奇数番目の圧電カンチレバー６ａ（１）、６ａ（３）を上方向に屈曲変形（図３Ｂでは、凸状）させ、偶数番目の圧電カンチレバー６ａ（２）、６ａ（４）を下方向に屈曲変形（図３Ｂでは、凹状）させることができる。

【0044】

図示しないが、圧電アクチュエータ６ｂについては、可動枠２ａに近い方より順に、圧電カンチレバー６ｂ（１）、６ｂ（２）、６ｂ（３）、６ｂ（４）とする。このとき、奇数番目の圧電カンチレバー６ｂ（１）、６ｂ（３）を下方向に屈曲変形させ、偶数番目の圧電カンチレバー６ｂ（２）、６ｂ（４）を上方向に屈曲変形させることができる。

【0045】

これにより、マイクロミラー９の下側（トーションバー１３ｂ側）が押し上げられ、マイクロミラー９の上側（トーションバー１３ａ側）が押し下げられ（可動枠２ａがＸ軸を中心にしてＵ方向に動く）ように、マイクロミラー９を変位させることができる。同様に、圧電カンチレバー６ａ（１）～（４）、６ｂ（１）～（４）に逆の電圧を印加することで、マイクロミラー９を逆方向に変位させることができる。このようにして、マイクロミラー９をＸ軸周りに回動させることができる。

【0046】

次に、図４を参照して、可動枠２ａの詳細を説明する。

【0047】

図４は、可動枠２ａを斜め前方から見た斜視図である。初期状態において、マイクロミラー９は、中心Ｏから表側に延び出す法線をまっすぐ前方に向けている。

【0048】

円形のマイクロミラー９は、Ｙ軸方向のトーションバー１３ａ、１３ｂに支持され、可動枠２ａの中心に配設される。マイクロミラー９の反射面は金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属薄膜を、例えば、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法により形成する。なお、マイクロミラー９の形状は円形に限られず、楕円形やその他の形状であってもよい。

【0049】

トーションバー１３ａ、１３ｂは、一端がマイクロミラー９、他端が半環型圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂ（以下、圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂという）との結合部を越えて、可動枠２ａと結合している。このように、トーションバー１３ａ、１３ｂが可動枠２ａと結合していることで、Ｙ軸周りの往復回動が安定する。

【0050】

圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂは、マイクロミラー９を外側から包囲する位置に配設される。圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂは、Ｙ軸上でトーションバー１３ａ、１３ｂと結合し、Ｘ軸上で外枠支持体１１の一部である固定バー１４ａ、１４ｂと結合している。

【0051】

詳細は後述するが、圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂも、半導体プレーナプロセスにより、ＰＺＴの圧電結晶体膜を下部電極及び上部電極で挟み込んだ圧電素子構造となっている。下部電極、上部電極を介して圧電結晶体膜に電圧を印加することで、圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂを屈曲変形させ、トーションバー１３ａ、１３ｂを捩る仕組みである。

【0052】

圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂには、それぞれＹ軸に対して４５°傾いた直線上に分断溝１８が形成されており、圧電結晶体膜が周方向に分断されている。また、トーションバー１３ａ、１３ｂは、Ｙ軸上に延びているので、この位置でも圧電結晶体膜が周方向に分断されている。

【0053】

ＭＥＭＳ技術による可動枠２ａの作製時には、まず、トーションバー１３ａ、１３ｂの部分を含めた全周に、圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂ用の圧電結晶体膜を一律に形成する。その後、エッチングによりトーションバー１３ａ、１３ｂの部分、分断溝１８の部分の圧電結晶体膜を除去する。

【0054】

圧電アクチュエータ１０ａは、２つの分断溝１８により上側から順番に区域１６ａ～１６ｃに分けられる。一方、圧電アクチュエータ１０ｂは、２つの分断溝１８により上側から順番に区域１７ａ～１７ｃに分けられる。

【0055】

これにより、区域１６ａ～１６ｃ、１７ａ～１７ｃの圧電結晶体膜には、個別に駆動電圧を印加可能になる。例えば、区域１６ａ、１６ｃ、１７ｂに所定の電圧Ｖ１を印加し、区域１６ｂ、１７ａ、１７ｃにＶ１とは逆位相となる電圧Ｖ２を印加することにより、マイクロミラー９をＹ軸回りに揺動させることができる。また、上記のように圧電結晶体膜を分離することで、分離しない場合の約半分の電圧で同じ振れ角が得られ、消費電力を抑えられる。また、トーションバー１３ａ，１３ｂによる捩じれバネの作用、反作用の効果も加わり、消費電力を抑えることができる。

【0056】

次に、図５～図７を参照して、各圧電アクチュエータに形成されている圧電素子の構造、及びその製造方法について説明する。

【0057】

図５は、当該圧電素子を製造するフローチャートである。また、図６は、図５の製造方法で製造された圧電素子３０の断面構造を示しており、図７は、圧電素子３０のＰＺＴ膜２５の結晶配向イメージを示している。

【0058】

まず、厚さ４００μｍのシリコン（Ｓｉ）基板２０の上面に、膜厚が約１μｍの酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜２１が成膜された板状のＳｉコア基板２７を用意する（図６参照）。そして、Ｓｉコア基板２７上に、密着層としての膜厚が５ｎｍの金属酸化物からなるアモルファス状の酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜２２を、スパッタリング法により常温（例えば、２０℃～３０℃）にて成膜する（ＳＴＥＰ０１）。なお、成膜する温度とは、成膜対象であるＳｉコア基板２７の温度である。

【0059】

続けて、ＴｉＯ_２膜２２の上面に、下部電極（第１の電極）として膜厚が２００ｎｍの導電性のＰｔ膜２３を、スパッタリング法により温度４００℃にて成膜する（ＳＴＥＰ０２）。この工程では、Ｐｔ膜２３の（１１１）面反射（回折）におけるＸ線ロッキングカーブのメインピークの半値幅（FWHM：Full Width at Half Maximum）が、３°≦ＦＷＨＭ≦１０°となるように配向制御する。

【0060】

続けて、Ｐｔ膜２３の上面にバッファ層として膜厚が２０ｎｍのペロブスカイト構造のＳｒＲｕＯ_３（ＳＲＯ）膜２４を、スパッタリング法（ＲＦマグネトロンスパッタ）により温度７５０℃にて成膜する（ＳＴＥＰ０３）。

【0061】

本発明においては、アモルファス状のＴｉＯ_２膜２２、（１１１）面のＸ線ロッキングカーブのＦＷＨＭが３°～１０°のＰｔ膜２３、及びバッファ層としてのＳＲＯ膜２４を同一装置で成膜することが望ましい。または、ロードロック室で連結された装置によって、前述の各工程で成膜した膜が大気に暴露されずに成膜されることが望ましい。この操作により、次工程で成膜するＰＺＴ膜２５の結晶配向特性を向上させることができる。

【0062】

次に、ＳＲＯ膜２４の上面に圧電結晶体膜として膜厚が４～５μｍの正方晶のＰＺＴ膜２５を、アーク放電反応性イオンプレーティング（ADRIP：Arc Discharge Reactive Ion Plating）法により温度５５０℃にて成膜する（ＳＴＥＰ０４）。

【0063】

アーク放電反応性イオンプレーティング法は、真空アーク放電によりターゲット（ＰＺＴ）を蒸発又はイオン化させて成膜する方法である。アーク放電の特性により、緻密で密着性の良い皮膜を形成することできるため、量産性やプロセス安定性に優れる。

【0064】

最後に、ＰＺＴ膜２５の上面に、上部電極（第２の電極）として膜厚が１２０ｎｍのＰｔ膜２６を、スパッタリング法により成膜する（ＳＴＥＰ０５）。これにより、上述のミアンダ型圧電アクチュエータ６ａ，６ｂ、半環型圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂ等に用いられる圧電素子３０が完成する。

【0065】

以上の各工程によって、図６に示すように、Ｓｉ基板２０とＳｉＯ_２膜２１とからなるＳｉコア基板２７上面に、密着層としてのＴｉＯ_２膜２２、その上面の下部電極（LE:Lower Electrode）としてのＰｔ膜２３、Ｐｔ膜２３上面のバッファ層としてのＳＲＯ膜２４、その上面のＰＺＴ膜２５、その上面の上部電極（UE:Upper Electrode）としてのＰｔ膜２６が積層された圧電素子３０が形成される。

【0066】

このようにして成膜した圧電素子３０のＰＺＴ膜２５は、下部電極としてのＰｔ膜２３（ＳＲＯ膜２４）面に対して垂直方向に柱状なＰＺＴ結晶粒子が複数結着した多結晶体の膜となっている。つまり、圧電素子３０は、下部電極としてのＰｔ膜２３面と上部電極としてのＰｔ膜２６面の間に柱状結晶粒子群からなるＰＺＴ膜２５が配置された構造となっている。

【0067】

次に、図７を参照して、ＰＺＴ膜２５の結晶配向について説明する。

【0068】

ＰＺＴ膜２５を形成するＰＺＴ結晶は正方晶であり、＜１００＞方向をａ軸、＜０１０＞方向をｂ軸、＜００１＞方向をｃ軸とした場合に、ａ軸とｂ軸は直交し、ｃ軸はａ軸とｂ軸を含む平面に対して直交している。また、正方晶のｃ軸方向が長く、当該ｃ軸方向に分極している。

【0069】

図７は、ＰＺＴ膜２５を構成するＰＺＴ結晶の２つの垂直配向部２５ａ、２５ａと、２つ傾斜配向部２５ｂ、２５ｂ’を模式的に示した図である。垂直配向部２５ａ、２５ａと傾斜配向部２５ｂ、２５ｂ’の各々は、ＰＺＴ膜２５を形成する多結晶体膜の結晶粒子１単位に相当する。また、垂直配向部２５ａ、２５ａと傾斜配向部２５ｂ、２５ｂ’のそれぞれが、多結晶体の１単位に併存していてもよい。

【0070】

なお、以降の説明において、２つの垂直配向部２５ａ、２５ａが等価の場合は単に「垂直配向部２５ａ」と記載し、２つの傾斜配向部２５ｂ、２５ｂ’が等価な場合は単に「傾斜配向部２５ｂ」と記載する。

【0071】

２つの垂直配向部２５ａは、Ｐｔ膜２３（ＳＲＯ膜２４）の平面に対して垂直な方向にＰＺＴ結晶のｃ軸が配向している。また、傾斜配向部２５ｂは、垂直配向部２５ａのｃ軸に対して傾斜角φ（例えば、φ＝１０°）だけｃ軸が傾斜して配向している。

【0072】

図７においては、結晶格子を傾斜させた模式図となっているが、柱状のＰＺＴ結晶粒子が結着したＰＺＴ膜２５においては、柱状のＰＺＴ結晶粒子の内部配向軸だけが垂直又は傾斜している。また、図示していないが、傾斜配向部２５ｂのｃ軸は、垂直配向部２５ａのｃ軸に対して、放射方向の任意の角度（０°～３６０°の全周方向）に傾斜している。傾斜配向部２５ｂは、垂直配向部２５ａからなるＰＺＴ結晶膜中に散在（分散）している。

【0073】

ＰＺＴ膜２５に含まれる各々のＰＺＴ結晶のａ軸（ｂ軸）は、Ｐｔ膜２３（ＳＲＯ膜２４）面に対して垂直方向に配向したｃ軸を回転軸として様々な方向を向いている。すなわち、ＰＺＴ膜２５は、一軸配向の多結晶体となっている。

【0074】

また、垂直配向部２５ａ及び傾斜配向部２５ｂの各々のｃ軸は、例えば、正規分布等の傾き分布を有している。以降において、垂直配向部２５ａのｃ軸及び傾斜配向部２５ｂのｃ軸と述べる場合は、各々のｃ軸分布における代表値として述べる（主ｃ軸と述べる場合もある）。

【0075】

このような一軸配向の多結晶体からなるＰＺＴ膜２５を挟む下部電極（Ｐｔ膜２３）と上部電極（Ｐｔ膜２６）に、第１の極性（第２の極性）の電圧を印加すると、ｃ軸が伸長（又は圧縮）し、ｃ軸に直交する面が等方的に圧縮（又は伸長）する。これにより、圧電素子３０が形成された圧電アクチュエータ６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂが前述したように動作する。また、ＰＺＴ膜２５は膜面方向に等方的に圧縮（又は伸長）するので、いかなる形状の圧電アクチュエータにも用いることができる。

【0076】

以上、本実施形態の垂直配向部２５ａと傾斜配向部２５ｂとを含むＰＺＴ結晶からなるＰＺＴ膜２５について述べたが、垂直配向部と傾斜配向部を含む一軸配向した柱状の多結晶体からなる圧電体膜であればよく、ＰＺＴ結晶に限定されるものではない。例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、（ＮａＫ）ＮｂＯ_３等が挙げられる。

【0077】

また、本実施形態の垂直配向部２５ａと傾斜配向部２５ｂとを含む一軸配向した柱状の多結晶体からなるＰＺＴ膜２５は、Ｓｉコア基板２７上にアモルファス状のＴｉＯ_２膜２２を成膜する工程（ＳＴＥＰ０１）と、（１１１）面のＸ線ロッキングカーブのＦＷＨＭが３°～１０°であるＰｔ膜２３（下部電極）を成膜する工程（ＳＴＥＰ０２）と、ＳＲＯ膜２４からなるバッファ層を成膜する工程（ＳＴＥＰ０３）で形成した積層膜上に、ＰＺＴ結晶（圧電体膜）を成膜する工程（ＳＴＥＰ０４）によって形成することができる。

【0078】

上記実施形態の製造方法は一例に過ぎず、垂直配向部と傾斜配向部を含む一軸配向した柱状の多結晶体からなる圧電体膜が得られればよいため、本実施形態の製造方法に限定されるものではない。

【0079】

次に、比較形態の圧電素子の構造及び成膜方法について説明する。なお、比較形態の圧電素子は、実施形態の圧電素子３０の製造方法に対して、ＴｉＯ_２膜を成膜（ＳＴＥＰ０１）した後に、ＴｉＯ_２膜をアニールすること、また、Ｐｔ膜を高温にて成膜することのみが異なる。以下では、相違点について説明する。

【0080】

比較形態のＰＺＴ膜は、ＴｉＯ_２膜をスパッタリング法で常温（例えば、２０℃～３０℃）にて成膜した後、ＴｉＯ_２膜をアニール装置により、温度７５０℃にてアニールしてルチル型の結晶構造とする。

【0081】

さらに、ＴｉＯ_２膜の上面に、下部電極として、膜厚が２００ｎｍのＰｔ膜をスパッタリング法により、温度約８００℃にて成膜する。このようにして成膜したＰｔ膜の（１１１）面のＸ線ロッキングカーブのＦＷＨＭは３°未満となる。これにより、当該Ｐｔ膜の成膜以降を実施形態と同じ条件で成膜したＰＺＴ膜は、垂直配向部のみで構成される。

【0082】

次に、図８～図１１を参照して、本実施形態の圧電素子３０（ＰＺＴ膜２５）と比較形態の圧電素子の各種測定データについて説明する。

【0083】

図８は、ＰＺＴ膜２５をＸ線回折θ－２θ測定法で測定した結果を示している。本測定においては、上部電極（Ｐｔ膜２６）がＸ線を遮蔽するために、上部電極を設けていない圧電素子を用いている。また、上部電極としてのＰｔ膜２６を成膜した後に、Ｐｔ膜２６を一部エッチングした圧電素子を用いてもよい。なお、上部電極を設けなくてもＰＺＴ膜２５の結晶配向特性が変わることはない。

【0084】

Ｘ線回折（XRD：X-Ray Diffraction）のθ－２θ測定法とは、結晶面間隔に基づくＸ線のブラッグ反射を利用して結晶を解析する手法である。具体的には、試料の水平方向の結晶面を基準にＸ線を角度θで入射させ、試料から反射（回折）してくるＸ線のうち入射Ｘ線の入射角θに対して角度２θの反射Ｘ線を検出し、その反射Ｘ線強度を調べる方法である。なお、試料の水平方向面を基準とした場合、Ｘ線の入射角はωとなるので、ω－２θと表記されることもある。

【0085】

図８において、横軸は反射Ｘ線の角度２θ［ｄｅｇ］、縦軸は反射Ｘ線強度Intensity（［cps：counts per sec］）である。また、走査角は２０°～５０°とし、入射Ｘ線にはＣｕ－Ｋα１を用いている。

【0086】

図示するように、本実施形態のＰＺＴ膜２５のθ－２θ測定の反射Ｘ線強度カーブは、２１．８２°にＰＺＴ結晶の（００１）面（ｃ軸の直交面）と、４４．４４°にＰＺＴ結晶の（００２）面（ｃ軸直交面）の反射ピークだけが検出されている。また、３９．７０°に下部電極であるＰｔ膜２３の（１１１）面の反射ピークが検出されている。このように、ＰＺＴ膜２５のＰＺＴ結晶がＰｔ膜２３の（１１１）面に対して、ｃ軸配向のみとなっていることが分かる。

【0087】

また、比較形態のＰＺＴ膜も、実施形態と同様にＰＺＴ膜の（００１）面反射、（００２）面反射、及びＰｔ膜の（１１１）面反射のピークのみが観察された（図示省略）。このことから、比較形態のＰＺＴ膜もＰｔ膜の（１１１）面上にＳＲＯ膜を介してｃ軸配向していることが確認された。

【0088】

次に、図９を参照して、ＰＺＴ膜２５のＸ線ロッキングカーブ測定の結果を説明する。

【0089】

Ｘ線ロッキングカーブ測定とは、結晶の特定面の反射が得られるようにＸ線の入射角θと、検出器の反射角２θを固定し、試料台（ＰＺＴ膜）を入射方向から反射方向にスキャン（ωスキャン）して、得られたＸ線反射強度カーブ（ロッキングカーブ）から結晶面（ｃ面）の配向分布、つまりは結晶面に直交した結晶配向軸の分布を調べる手法である。

【0090】

図９は、実施形態のＰＺＴ膜２５と比較形態のＰＺＴ膜の（００１）面のロッキングカーブを示している。ここで、横軸は反射Ｘ線強度が最大となる角度ωを基準（０°）とした相対角度Δω［ｄｅｇ］であり、縦軸は反射Ｘ線強度Intensity［cps］（リニアスケールで、目盛りは２０００ｃｐｓ刻み）である。また、実線が実施形態のＰＺＴ膜２５のロッキングカーブであり、破線が比較形態のＰＺＴ膜のロッキングカーブである。なお、比較形態の反射Ｘ線強度は、実施形態の最大値と同じになるように倍率を調整してある。

【0091】

実施形態のＰＺＴ膜２５のロッキングカーブ（実線）は、Δω＝０°にピーク（メインピークＰｍ）を有する主峰と、Δω＝±１０°の２箇所に、主峰とは異なるピーク（サブピークＰｓ）を有する副峰とからなる。主峰と２つの副峰のＦＷＨＭは、それぞれ５．０°と８．３６°であった。また、メインピークＰｍに対するサブピークＰｓの反射Ｘ線の強度比Ｒｐ（ＩｎｔＰｓ／ＩｎｔＰｍ）は、Δω＝１０のサブピークＰｓのＲｐで０．２５（２８１１／１１３１４）、Δω＝－１０のサブピークＰｓのＲｐで０．３０（３３５８／１１３１４）であった。

【0092】

ＰＺＴ膜２５は、何れの場所においても、また、ＰＺＴ膜２５を回転しても略同等のロッキングカーブが得られる。つまり、ＰＺＴ膜２５の膜面において、垂直配向部２５ａと傾斜配向部２５ｂは均等に形成されている。

【0093】

また、ロッキングカーブの主峰のピーク（メインピークＰｍ）をΔω＝０°としたときの副峰のピーク（サブピークＰｓ）位置Δωｐｓは、垂直配向部２５ａの主ｃ軸に対する傾斜配向部２５ｂの主ｃ軸の傾き角度φに相当する。つまり、本実施形態において｜Δωｐｓ｜＝φ（ここでは１０°）となる。

【0094】

以上から、垂直配向部２５ａはＦＷＨＭが５．０°となるｃ軸の傾き分布を有し、傾斜配向部２５ｂはＦＷＨＭが８．３６°となるｃ軸の傾き分布を有する結晶群である。両結晶群は、それぞれメインピークＰｍとサブピークＰｓに相当するｃ軸配向を分布の中心とする離散した結晶群となっている。また、傾斜配向部２５ｂのｃ軸は、垂直配向部２５ａのｃ軸に対して０°～３６０°の全周方向に傾斜している。また、垂直配向部２５ａに対する傾斜配向部２５ｂの存在比率は、逆圧電効果を損なうことのない存在比率としている（ここでは、Ｒｐ＝０．２５及び０．３０）。

【0095】

一方、比較形態のＰＺＴ膜のロッキングカーブ（破線）は、Δω＝０°において（００１）面に基づく単峰の反射ピークのみを有している。なお、反射ピークのＦＷＨＭは、３．１°であった。つまり、比較形態のＰＺＴ膜のＰＺＴ結晶は垂直配向部のみからなり、当該垂直配向部は実施形態より狭いｃ軸の傾き分布を有する結晶群である。言い換えれば、比較形態のＰＺＴ膜は、ＰＺＴ結晶の結晶配向の整然性が優れたＰＺＴ膜である。

【0096】

図１０は、ＰＺＴ膜２５の電界とリーク電流密度の関係を示すグラフである。

【0097】

図１０において、横軸は、圧電素子３０の下部電極（Ｐｔ膜２３）と上部電極（Ｐｔ膜２６）に電圧を印加した場合のＰＺＴ膜２５にかかる電界［Ｖ／μｍ］、縦軸は電圧印加時のリーク電流密度［ｎＡ／ｃｍ^２］である。なお、実施形態の圧電素子３０の電界とリーク電流密度の関係を実線で示し、比較形態の圧電素子の電界とリーク電流密度の関係を破線で示した。

【0098】

本測定は圧電素子のＰＺＴ膜をポーリング（分極処理）した後に、電圧の昇圧側（上側カーブ）を測定し、続けて降圧側（下側カーブ）を測定している。電圧の印加は０[Ｖ]→測定電圧１→０[Ｖ]→測定電圧２→・・・のパターンで実施している。また、印加電圧は不安定領域を避け、電界が２．０［Ｖ／μｍ］以上となる領域で行っている。

【0099】

実施形態の圧電素子３０では、電圧昇圧時（実線の上側カーブ）において、第１の方向（正の値）に約３０[ｎＡ／ｃｍ^２]のリーク電流を示す。次に、電圧降圧時（実線の下側カーブ）において、電界１０．０～８．０[Ｖ／μｍ]で第１の方向（正の値）に流れるリーク電流が減少し、電界８．０[Ｖ／μｍ]でリーク電流が０となり、電界８．０～２．０[Ｖ／μｍ]において、第２の方向（負の値）に流れるリーク電流が増大する。換言すれば、圧電素子３０は、不安定領域を除き、電圧降圧時にリーク電流の極性反転を起こす。なお、リーク電流の極性反転が電圧降圧時に直ちに起きないのは、圧電結晶のヒステリシスが原因と考えられる。

【0100】

一方、比較形態の圧電素子では、電圧昇圧時（破線の上側カーブ）において、第１の方向（正の値）に約７０[ｎＡ／ｃｍ^２]のリーク電流を示す。次に、電圧降圧時（破線の下側カーブ）においては電界１０．０～２．０[Ｖ／μｍ]で第１の方向（正の値）に流れるリーク電流は、約７０～０[ｎＡ／ｃｍ^２]へと減少する。

【0101】

以上のように、実施形態の圧電素子３０においては、電極（Ｐｔ膜２３、Ｐｔ膜２６）に電圧を印加したとき、リーク電流は電圧昇圧時に大きく、降圧時に小さくなる。さらに、降圧時の速い段階からリーク電流の流れる方向が反転して増大する。一方、比較形態の圧電素子においては、リーク電流は電圧昇圧時に大きく、降圧時に小さくなるに止まる。

【0102】

このような電圧降圧時にリーク電流の流れる方向が反転して増加する特性は、実施形態の圧電素子３０に逆圧電効果（圧電素子の変形）を及ぼした際のＰＺＴ膜２５の結晶変形時における耐リーク電流特性が向上したことが原因と考えられる。

【0103】

最後に、図１１に、実施形態の圧電素子３０と比較形態の圧電素子の動作限界電界となる耐電界、及び二次元光偏向器２に用いるミアンダ型圧電アクチュエータ６ａ，６ｂと半環型圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの動作条件を模した耐久試験での耐久時間及び圧電定数ｄ_３１の測定結果を比較した一覧表を示す。

【0104】

実施形態の圧電素子３０の耐電界、耐久時間、圧電定数ｄ３１は、それぞれ２１．８［Ｖ／μｍ］、４０００ｈ以上、１５２［ｐｍ／Ｖ］である。一方、比較形態の圧電素子の耐電界、耐久時間、圧電定数ｄ３１は、それぞれ１４．０［Ｖ／μｍ］、１０００ｈ以下、１５２［ｐｍ／Ｖ］である。耐電界と耐久時間の何れも、比較形態の圧電素子と比較して向上している。また、圧電定数ｄ３１は、傾斜配向部２５ｂを設けた実施形態の圧電素子３０であっても、比較形態の圧電素子と同等の特性が得られている。

【0105】

本実施形態の圧電素子３０は、以下に記載の構造よって耐電界、及び耐久時間を向上させている。

【0106】

第１に、本実施形態のＰＺＴ膜２５を形成するＰＺＴ結晶を、Ｐｔ膜２３（ＳＲＯ膜２４）の膜面に対して直交する方向に正方晶のｃ軸を配向させた柱状の一軸配向の多結晶体としたことによる（ａ軸とｂ軸の方向は任意）。第２に、柱状の一軸配向の多結晶体に、垂直配向部２５ａと傾斜配向部２５ｂを設けたことによる。また、傾斜配向部２５ｂをＰＺＴ膜２５の膜面に分散させたことによる。第３に、垂直配向部２５ａのｃ軸と、傾斜配向部２５ｂのｃ軸に、傾き分布を設けたことによる（主峰と副峰のそれぞれに軸分布がある）。

【0107】

上述の構造により、ＰＺＴ膜２５に電界を加えてＰＺＴ結晶を変形させた際に発生する膜歪みを、ＰＺＴ膜２５の全体に分散させて緩和できるので、耐電界特性を向上させると同時に、耐久時間を延ばすことができる。特に、垂直配向部２５ａのｃ軸に対して、傾斜配向部２５ｂのｃ軸を角度φだけ離間（離散）して設けることで、耐リーク電流特性が向上するので、耐久時間を延ばすことができる。

【0108】

耐電界及び耐久時間を向上させるには、傾斜配向部２５ｂのｃ軸の傾斜角φを６°より大きく１９°未満とすることが好ましい。傾斜配向部２５ｂのｃ軸の傾斜角φを６°以下とした場合、垂直配向部２５ａのｃ軸の角度分布に同化して耐電界及び耐久時間が低下するからである。また、傾斜配向部２５ｂのｃ軸の傾斜角φを１９°以上とした場合、＜１１１＞軸が現れ、ＰＺＴ膜の圧電特性が低下するからである。また、傾斜配向部２５ｂのｃ軸の角度分布を考慮すると、傾斜角φは７°以上１３°以下が好適である。

【0109】

また、ＰＺＴ膜２５の傾斜配向部２５ｂの存在比は、反射Ｘ線の強度比Ｒｐが０．１～１であることが好ましい。Ｒｐが０．１未満の場合は、傾斜配向部２５ｂによる効果が得られない。また、Ｒｐが１より大きい場合は、ＰＺＴ膜２５のｃ軸配向乱れが大きくなり過ぎて、圧電定数ｄ_３１ が低下するからである。好適なＲｐは、傾斜配向部２５ｂによる耐電界特性の向上が飽和する０．１５以上、又は向上した耐久寿命値が低下しない０．４５以下がよい。

【0110】

以上より、実施形態の圧電素子３０のＰＺＴ膜２５を形成するＰＺＴ結晶は、Ｐｔ膜２３（ＳＲＯ膜２４）の平面に対して直交する方向にｃ軸を有する垂直配向部２５ａと、当該ｃ軸に対して角度φだけ傾斜（チルト）したｃ軸を有する傾斜配向部２５ｂとを含むことで、高い耐電圧、優れた耐久時間、及び損なうことのないｄ_３１の圧電定数を可能としている。これにより、本発明の圧電素子３０は、信頼性の高い二次元光偏向器を提供することができる。

【0111】

また、実施形態の圧電素子３０の耐電圧及び耐久時間を向上させたことにより、例えば、圧電素子３０に高い電圧（電界）を印加してアクチュエータの可動範囲を大きくすることもできる。

【0112】

以上、本発明を実施するための実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更することができる。

【0113】

例えば、図６において、圧電素子３０を構成する薄膜の厚みや成膜の方法は一例に過ぎず、変更可能である。圧電結晶体膜は、ＰＺＴ以外の圧電特性を有する材料でもよい。また、密着層としてのＴｉＯ_２膜２２やバッファ層としてのＳＲＯ膜２４は本発明の圧電素子の必須の構成ではなく、なくてもよい。

【符号の説明】

【0114】

１…光スキャナモジュール、２…二次元光偏向器、３…レーザ光源、５…制御装置、６ａ，６ｂ…ミアンダ型圧電アクチュエータ、９…マイクロミラー、１０ａ，１０ｂ…半環型圧電アクチュエータ、２０…Ｓｉ基板、２１…ＳｉＯ_２膜、２２…ＴｉＯ_２膜、２３…Ｐｔ膜（下部電極）、２４…ＳＲＯ膜、２５…ＰＺＴ膜、２５ａ…垂直配向部、２５ｂ，２５ｂ’…傾斜配向部、２６…Ｐｔ膜（上部電極）、２７…Ｓｉコア基板、３０…圧電素子。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】